Лекции по "Биохимии"

        У  бактерий, ядерное вещество которых  не отделено от цитоплазмы  мембраной, транскрипция и трансляция  идут одновременно (рис. 13 Б).

Современные схемы, иллюстрирующие работу генов, построены на основании  логического анализа экспериментальных  данных, полученных с помощью биохимических  и генетических методов. Применение тонких электронно-микроскопических методов  позволяет в буквальном смысле слова  увидеть работу наследственного  аппарата клетки. В последнее время  получены электронно-микроскопические снимки, на которых видно, как на матрице бактериальной ДНК, в  тех участках, где к ДНК прикреплены  молекулы РНК-полимеразы (фермента, катализирующего транскрипцию ДНК в РНК), происходит синтез молекул и-РНК. Нити и-РНК, расположенные перпендикулярно к линейной молекуле ДНК, продвигаются вдоль матрицы и увеличиваются в длине. По мере удлинения нитей РНК к ним присоединяются рибосомы, которые, продвигаясь, в свою очередь, вдоль нити РНК по направлению к ДНК, ведут синтез белка.

        Из  всего сказанного следует, что  местом синтеза белков и всех  ферментов в клетке являются  рибосомы. Образно выражаясь, это  как бы «фабрики» белка, как  бы сборочный цех, куда поступают  все материалы, необходимые для  сборки полипептидной цепочки  белка иэ аминокислот. Природа же синтезируемого белка зависит от строения и-РНК, от порядка расположения в ней нуклеоидов, а строение и-РНК отражает строение ДНК, так что в конечном итоге специфическое строение белка, т. е. порядок расположения в нем различных аминокислот, зависит от порядка расположения нуклеоидов в ДНК, от строения ДНК.

        Изложенная  теория биосинтеза белка получила  название матричной теории. Матричной  эта теория называется потому, что нуклеиновые кислоты играют  как бы роль матриц, в которых  записана вся информация относительно  последовательности аминокислотных  остатков в молекуле белка.

        Создание  матричной теории биосинтеза  белка и расшифровка аминокислотного  кода является крупнейшим научным  достижением XX века, важнейшим шагом  на пути к выяснению молекулярного  механизма наследственности.

10.

 

1. Моносахариды или монозы (простые сахара)

Углеводы с приятным вкусом, которые не способны расщепляться на более простые виды. Этот вид углеводов  включает группу многоатомных спиртов  с карбонильной группой (альдоза или кетоза). Преимущественно находятся в составе растений и животных. Простые сахара представляют собой порошковые вещества, хорошо впитывающие воду, но плохо растворимые в спирте. Известные представители этого класса: глюкоза и фруктоза. Они занимают весомое место в пищевой промышленности, являются неотъемлемым компонентом некоторых пищевых продуктов и, более того, принимают на себя роль основного субстрата при сбраживании.

Виды моносахаридов:

- глюкоза. Ее еще называют  виноградным сахаром или декстрозой. Встречается во многих продуктах  питания, например, зеленые части  растений, виноград, семена, ягоды, мёд.  Она является составной частью  таких углеводных полимеров, как  клетчатка, крахмал, сахароза. Данный  моносахарид в классификации  углеводов - единственный и незаменимый  энергетический материал для  функционирования мозга. А для  сохранения хорошего самочувствия  человеку требуется концентрация  вещества в размере 80-100 мг на 100 мл крови. Декстроза легко  подвергается процессу брожения  с помощью дрожжей.

- фруктоза или фруктовый  сахар, или левулеза. Содержится  в зеленых частях растений, свекле, семенах и мёде (до 40%). Участвует  в формировании сахарозы и  гормона инсулина. Она слаще глюкозы,  поэтому широко применяется в  пищевой отрасли.

2. Олигосахариды

Низкомолекулярные углеводы, которые содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями. Поэтому по количеству простых сахаров они могут быть дисахаридами, трисахаридами, тетрасахаридами, пентасахаридами и т.д. Наряду с полисахаридами, являются наиболее концентрированным источником калорий в кслассификации углеводов. Олигосахариды растительной природы более разнообразны по составу, чем представители животного происхождения. Классификация углеводов выделяет среди дисахаридов лактозу, мальтозауи сахарозу.

Виды олигосахаридов:

- лактоза (от лат. «lactum» – молоко) или молочный сахар. Ее молекула сформирована из галактозы и глюкозы. Она активизирует деятельность молочно-кислых бактерий в желудочно-кишечном тракте, противодействующих своим гнилостным родственникам. Большое количество молочного сахара получают из молочной сыворотки, при производстве масла и сыра. Источником этого дисахарида является, например коровье молоко, в котором около 5% вещества, а в человеческом виде молочного продукта – до 8%. Многие люди страдают специфическими заболеваниями, связанными с недостаточностью фермента лактазы, расщепляющего лактозу.

- мальтоза (от лат. «maltum» – солод) или солодовый сахар. Включает две молекулы глюкозы. Относится к группе восстанавливаемых дисахаридов. Весьма распространена в природе, особенно много в проросших зернах и солоде. Образуется из крахмала и декстринов, а сама в свою очередь первостепенный компонент крахмальной патоки. Гидролиз мальтозы, при котором образуются две молекулы глюкозы, используется в пищевой промышленности при брожении теста.

- сахароза или тростниковый  сахар, или свекловичный сахар.  Самый известный в классификации  углеводов и широко применяемый  в пищевой промышленности сахаристый  углевод. При гидролизе расщепляет  дисахарид на глюкозу и фруктозу. В мире флоры она содержится  практически во всех частях  растения: листьях, клубнях, плодах, семенах, стеблях. Сахарная свекла  насыщена ею до 22%, сахарный тростник  – до 15%. Столь богатые запасы  вещества закрепили за сахарозой  синонимичные названия.

3. Полисахариды или полиозы

Высокомолекулярные (несахароподобные) соединения из большого количества моносахаридов и гликозидных связей между ними[1]. Данные углеводы различаются не только составом простых сахаров, но и молекулярной массой и структурными особенностями (линейные или разветвленные). Поэтому и обладают отличительными свойствами друг от друга. Классификация углеводов выделяет гомополисахариды и гетерополисахариды. Первые (гемицеллюлоза, гликоген, клетчатка, крахмал) состоят из молекул исключительно одного вида моноз, а вторые могут включать от двух и более остатков разных простых сахаров.

Виды полисахаридов:

- гемицеллюлоза.  Полимер,  который наряду с клетчаткой  и целлюлозой задействован в  образовании стенок растений. Она  сосредоточена преимущественно  в оболочке зерен, кожуре семян  подсолнечника, а также соломе, плодах кукурузы. Хорошо растворяется  в щелочных растворах. К этому  полисахариду относят агар – вещество, экскретируемое из водорослей и широко применяемое в кондитерской отрасли. Диетологи относят гемицеллюлозу к группе балластных веществ, обязательных для нормального пищеварения.

- гликоген или животный  крахмал.Сформирован из значительного количества остатков моносахарида глюкоза. Важный энергетический материал и главный резервный полисахарид животных и человека в классификации углеводов, в некотором количестве находится в зернах кукурузы. Он содержится практически во всех органах и тканях, но наибольшее количество в мышцах и печени. В организме это вещество последовательно переходит в декстрины[2], далее мальтозу и в конце глюкозу.

- крахмал. Относится к  резервным полисахаридам, основной  компонент картофеля и зерна.  Его количество в продукте  зависит от культуры, сорта, спелости  и условий произрастания. Он  считается наиболее популярным  в классификации углеводов и  самым применимым в пищевом  производстве несахараподобным углеводом.

- клетчатка. Формирует  клеточную структуру растительной  организации. Она находится в  семенах хлопчатника – 98%; древесине  – до 50%; пшенице, сое, кукурузе  – до 3%. Это соединение гидрофобно и в нейтральной среде устойчиво к кислотам. Продукты гидролиза, содержащие клетчатку, в пищевой промышленности используют как средство получения кормовых дрожжей и спирта.

Содержание углеводов  в продуктах питания является одним из важнейших условий составления  рациона питания.

11. Для предотвращения  чрезмерного повышения концентрации  глюкозы в крови при пищеварении  основное значение имеет потребление  глюкозы печенью и мышцами,  в меньшей мере - жировой тканью. Следует напомнить, что более  половины всей глюкозы (60%), поступающей  из кишечника в воротную вену, поглощается печенью. Около 2/3 этого количества откладывается  в печени в форме гликогена,  остальная часть превращается  в жиры и окисляется, обеспечивая  синтез АТФ. Ускорение этих  процессов инициируется повышением  инсулинглюкагонового индекса. Другая часть глюкозы, поступающей из кишечника, попадает в общий кровоток. Примерно 2/3 этого количества поглощается мышцами и жировой тканью. Это обусловлено увеличением проницаемости мембран мышечных и жировых клеток для глюкозы под влиянием высокой концентрации инсулина. Глюкоза в мышцах откладывается в форме гликогена, а в жировых клетках превращается в жиры. Остальная часть глюкозы общего кровотока поглощается другими клетками (инсулинонезависимыми).

 При нормальном ритме  питания и сбалансированном рационе  концентрация глюкозы в крови  и снабжение глюкозой всех  органов поддерживается главным  образом за счёт синтеза и  распада гликогена. Лишь к концу  ночного сна, т.е. к концу  самого большого перерыва между  приёмами пищи, может несколько  увеличиться роль глюконеогенеза, значение которого будет возрастать, если завтрак не состоится и голодание продолжится

14. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ

Существует несколько  классификаций липидов. Наибольшее распространение получила классификация, основанная на структурных особенностях липидов. По этой классификации различают  следующие основные классы липидов.

A. Простые липиды: сложные  эфиры жирных кислот с различными  спиртами.

1. Глицериды (ацилглицерины, или ацилглицеролы – по международной номенклатуре) представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот.

2. Воска: сложные эфиры  высших жирных кислот и одноатомных  или двухатомных спиртов.

Б. Сложные липиды: сложные  эфиры жирных кислот со спиртами, дополнительно  содержащие и другие группы.

1. Фосфолипиды: липиды, содержащие, помимо жирных кислот и спирта, остаток фосфорной кислоты. В их состав часто входят азотистые основания и другие компоненты:

а) глицерофосфолипиды (в роли спирта выступает глицерол);

б) сфинголипиды (в роли спирта – сфингозин).

2. Гликолипиды (гликосфинголипиды).

3. Стероиды.

4. Другие сложные липиды: сульфолипиды, аминолипиды. К этому классу можно отнести и липопротеины.

B. Предшественники и производные  липидов: жирные кислоты, глице-рол, стеролы и прочие спирты (помимо глицерола и стеролов), альдегиды жирных кислот, углеводороды, жирорастворимые витамины и гормоны.

17. БИОСИНТЕЗ ЖИРОВ (ЖИРНЫХ  МАСЕЛ). Состоит из неск. этапов и может быть представлен в виде общей схемы:  крахмал —> сахар —>глицерин —> жир {насыщенные кислоты } {ненасыщенные кислоты}

Главные источники образования  компонентов жира — гексозы, в  первую очередь глюкоза и фруктоза. Иногда участвуют пентозы, маннит или др. продукты. Глицерин получается в процессе анаэробной диссимиляции углеводов путем восстановления глицеринового альдегида, образующегося из фруктозодифосфата под действием фермента альдолазы. Активный ацетат образуется окислением три-D-фосфоглицеральдегида.

Биосинтез жирных кислот протекает  в три фазы. Исходный материал —  ацетил, активированный СоА. Процесс суммарно представлен на схеме (см. ниже).

Малонил-СоА — важнейший промежуточный продукт при ферментативном синтезе жирных кислот. Это источник двууглеродного фрагмента, последовательно присоединяющегося при синтезе жирных кислот. Биотин является коферментом ацетил-СоА-карбоксилазы, который катализирует реакцию присоединения СО2- Включение ацетил-СоА в жирную кислоту происходит в митохондриях.

Биосинтез триацилглицеринов (триглицеридов) локализован в микросомной фракции клеток. Один из основных этапов — образование L-глицерофосфата из свободного глицерина. Глицеролкиназа, катализирующая эту реакцию, обнаружена в растворимой фракции клетки.

21.22. Витамины участвуют  во множестве биохимических реакций,  выполняя каталитическую функцию  в составе активных центров  большого количества разнообразных  ферментов либо выступая информационными  регуляторными посредниками, выполняя  сигнальные функции экзогенных  прогормонов и гормонов.

Витамины не являются для  организма поставщиком энергии, однако витаминам отводится важнейшая  роль в обмене веществ.

Концентрация витаминов  в тканях и суточная потребность  в них невелики, но при недостаточном  поступлении витаминов в организм наступают характерные и опасные  патологические изменения.

Большинство витаминов не синтезируются в организме человека. Поэтому они должны регулярно  и в достаточном количестве поступать  в организм с пищей или в  виде витаминно-минеральных комплексов и пищевых добавок. Исключения составляют витамин К, достаточное количество которого в норме синтезируется  в толстом кишечнике человека за счёт деятельности бактерий, и витамин  В3, синтезируемый бактериями кишечника  из аминокислоты триптофана.

С нарушением поступления  витаминов в организм связаны 3 принципиальных патологических состояния: недостаток витамина — гиповитаминоз, отсутствие витамина — авитаминоз, и избыток  витамина — гипервитаминоз.

Известно около полутора десятков витаминов. Исходя из растворимости, витамины делят на жирорастворимые  — A, D, E, F, K и водорастворимые — все остальные (B, C и др.). Жирорастворимые витамины накапливаются в организме, причём их депо являются жировая ткань и печень. Водорастворимые витамины в существенных количествах не депонируются (не накапливаются) и при избытке выводятся с водой. Это объясняет то, что гиповитаминозы довольно часто встречаются относительно водорастворимых витаминов, а гипервитаминозы чаще наблюдаются относительно жирорастворимых витаминов.

Витамины отличаются от других органических пищевых веществ тем, что не включаются в структуру  тканей и не используются организмом в качестве источника энергии (не обладают калорийностью).

Действие витаминов было установлено до выяснения их строения и послужило основой при их классификации. Первоначально была введена буквенная классификация  и, несмотря на то, что она не отражает ни биологической, ни физической сущности витаминов, ею широко пользуются.